长安大学汽车结构有限元分析.doc

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1、汽车结构有限元分析一：有限单元法的思想：从数学角度看，其基本设想是通过离散化的手段，将偏微分方程或者变分方程变换成代数方程求解。从力学角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将连续体划分成有限个小单元体，并使他们在有限个节点上相互连接。在一定精度要求下，用有限个参数来描述每个单元的力学特性，整个连续体的力学特性可以认为是这些小单元体的力学特性综合，从而建立起连续体的力的平衡关系。二：有限元方法的应用：整车及零部件的强度疲劳寿命分析；整车及零部件刚度分析；整车及零部件的模态分析；汽车NVH分析；整车碰撞安全性分析；设计优化分析；气动或者流场分析；热结构耦合分析。三：汽车结构有限元分析的流程：

2、1、将连续分割成有限大小的区域:，这些小区域即为有限单元，单元之间以节点相连。2、选择节点的物理量，如位移、温度作为未知量，对每个单元假设一个简单的连续位移函数来近似模拟其唯一分布规律3、利用有限单元法的不同解法，如根据虚功原理建立每个单元的平衡方程，形成单元性质的矩阵方程。4、将各个单元在组装成原来的整体区域，建立整个物体的平衡方程组，形成整体刚度矩阵。5、引入边界条件，即约束处理，求解出节点上的未知数。四：弹性小挠度薄板弯曲基本假设：1、变形前垂直于中面的法线在变形后仍是弹性曲面的法线。2、板厚方向的位移沿板的厚度是不变的，与中面的ω一致。五：总刚度矩阵的性质：1、对称性2、稀疏

3、性3、带状分布4、奇异性证明∑X=0∑Y=0结构处于平衡【边界约束前具有1-4的性质约束后有1-3的性质】六：什么叫等参单元等参单元有何优点和特点等参数单元简称等参元就是对单元几何形状和单元内的参变量函数采用相同数目的节点参数和相同的形函数进行变换而设计出的一种新型单元。优点1、形函数用局部坐标表示2、局部坐标与直角坐标变换通过几何参数表达3、坐标变换几何参数量与形函数节点参数数量相同4、各类等参数单元构造方法相同。七：什么是模态分析模态分析是研究结构动力特性一种近代方法是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性每一个模态具有

4、特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得这样一个计算或试验分析过程称为模态分析模态分析的步骤1、建模2、选择分析类型和分析选项3、施加边界条件并求解4、评价结果八：有限元法的构造方法1、直接刚度法。直接进行物理推理物理概念清楚易于理解但只能用于研究较简单单元的特性2、变分法。既适用于形状简单的单元也适合与形状复杂的单元3、加权余量法。有问题的基本微分方程出发而不依赖于泛函。九：单元的划分原则1、所有顶点必须为相邻单元顶点2、单元三条边长相差不宜过大常用正三角或直角三角形单元3、单元越多尺寸越小结果越精确但计算量也越大且

5、费用也高。为了节省计算时间减低计算费用只要能满足工程要求单元要求尽可能粗一些4、不同材料应划分在不同单元5、单元划分后对单元和节点进行编号编号时节点号按逆时针排列另外编节点号时力求同一单元中的三个节点号最差最小这有益于节省计算机内存和减少计算机时间。十：有限元类型1一维单元如杆单元、梁、管2二维单元如三角形六节点单元、矩形四节点、曲边等参数单元3三维单元4板壳单元如薄板矩形单元、三角形薄板单元、矩形平板壳单元。十一：弹性力学问题的典型解法1、应力法2、位移法3、混合法十二：动力学问题与静力学问题的区别：静力学分析用于计算那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于

6、结构或部件上引起的位移、应变、和应力。固定不变的载荷是一种假设：即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。当结构承受载荷作用而处在非平衡状态，或由于结构的弹性和惯性而围绕平衡位置振动时，其位移、应力等都是时间的函数，各点还有速度和加速度，这就是动力学问题。十三：质量矩阵的两种形式和不同：一致质量矩阵和集中质量矩阵不同：一致质量矩阵时严格按照分布惯性力的合理分配而求得的，而质量矩阵是将质量都假设集中到节点上，由此而集合而成的整体质量矩阵是对角矩阵，这种对角形的矩阵就是集中质量矩阵。十四：结构动力学响应方法1直接积分法中心差分法威尔逊法纽马克法2振动型叠加法十五：上机操作过程：1建立有限元模

7、型⑴建立或导入几何模型⑵定义材料属性⑶划分网格、形成节点与单元2施加载荷并求解⑴施加载荷及载荷选项，施加约束条件⑵计算3查看结果⑴查看分析结果⑵检查结果及评价十六：有限元软件处理分为1有限元软件前处理⑴建立几何模型⑵建立有限元模型与网格划分⑶施加载荷及边界条件2有限元软件计算3有限元软件后处理⑴计算结果处理⑵计算结果编辑⑶数据的可视化十七：动力学问题与静力学问题的区别1位移、应变和应力在动力学中都是时间的函数，而在静力学中是随时间不